Hoe zijn we nu wat gaan meten ?

Over de "Roots" van onze hobby. De eenheden die we voor gewoon aannemen zijn er niet altijd geweest.
We hebben nu stroom, spanning en weerstand. Maar ze zijn ooit afgeleid van massa, lengte en tijd.

Ooit is er bepaald:
- De ohm, weerstand, afgeleid van massa en lengte (siemens-kwik kolom welke eigenlijk 0,94 ohm is) 10 tot de 9e cgs (centimeter gram seconde)
- een EMF in volt afgeleid van tijd en lengte en de eenheid 10 tot de 8e cgs kwam mooi uit tov de Daniell cell wat toen de al gebruikte de volt standaard was.
- Stroom in Ampere, 10 de -1de omdat het dan klopte met de wet van ohm en dus afgeleid van lengte, massa en tijd.

Maar hoe werd dat gemeten en vooral zijn dit soort experimenten door ons zelf te doen ? (niet om hoge precisie te halen maar gewoon omdat het de basis is)

Wat ik nu gevonden heb is dat weerstand en stroom de basis zijn om spanning te bepalen. Dus een bekende weerstand, een bekende stroom. Een meter er over. Uitrekenen hoeveel de spanningsval is en je kan de meter schaal ijken. Daarmee kunnen daarna we weer andere dingen meten. Maar als het uit lengte en tijd bestaat wat is het moderne equivalent. Tijd kunnen we heel precies meten, lengte ook. Maar hoe maken we daar Volt van ?

Er is dus een omweg via de weerstand:
Moeten we wel eerst een absoluut kloppende weerstand hebben... die kunnen we kopen maar dan moeten we wel precies de waarde weten.

Weerstand: massa en lengte. De siemens kwik kolom, zal niet iedereen hebben staan, maar om te meten was daar was blijkbaar een Wenner brug voor ontwikkeld, een berekende spoel (inductie (lengte) en frequentie(tijd) oftewel spanning, een batterij, een onbekende weerstand wat schakelaars. Vreemd genoeg vind ik daar weinig over anders dan grondweerstand meting of een foto van een houten kistje met wat knoppen.
Het was iets met polariteit omdraaien met een bekende frequentie en dan de lading/ontlading in de spoel meten met een galvano meter en de spoel verstellen tot de brug in evenwicht was. Dan kom men blijkbaar berekenen wat die weerstand was. (bij voorkeur draadgewonden, in olie of nog beter in vacuum)

Ook werd er later iets met een spoel en magnetisme gedaan (hall effect) en ook met een condensator ipv een spoel. Die is ook vrij precies te berekenen.

De onzekerheid lijkt me hier de spoel. Maar het NIST heeft zo jaren (tot in de jaren 80 dacht ik) de ohm gemeten. Lijkt me leuk eens te proberen (met een condensator voor het gemak)

Maar daarvoor moest men stroombron hebben en dus ook iets om die stroom te meten. Een electronen teller :-)
Dat werd ook met spoelen gedaan in een current balance . Iets met spoelen, aardmagnetisme en zwaartekracht. Daar kon je dan een meter tussen knopen en ijken.
Dat lijkt me niet helemaal reproduceerbaar voor de gemiddelde amateur.

Blijkbaar kon men dus ijken zonder standaard weerstand, standaard voltcel en standaard stroombron.
Wij pakken nu multi digit meters, kopen dure standaardweerstanden en precisie stroom en spanningsbronnen. Maar ooit was dat er niet en heeft men de eerste meters gemaakt.

Wie heeft daar wel eens mee geëxperimenteerd. Lijkt me gaaf om te kijken hoe precies ik op zo'n ouderwetse manier een volt kan meten.

zuil van volta is de eerste spaningsbron.

Dat weet ik, maar stel jij bent de uitvinder daarvan, het ding ik klaar, nu wil je weten hoeveel Volta hij is, hoe ga je dat meten. Stel er zou al een voltmeter bestaan of die bedacht je ook dan kon je die niet ijken, er was tenslotte nog geen spanningsbron. Tenzij je een eigen schaal bedacht met je zuil als referentie.

Wat ik begreep is dat de volt grootheid er al was voor hij als officiele norm gedefinieerd was. Alleen was het geen echt vaste waarde maar een steeds wisselende. Daarna is er de volt genormeerd en dat is berekend op basis van de genoemde basis- grootheden. Toen had je dus officieel 1 Volt welke afgeleid kon worden van lengte en tijd.

Daarna moesten dus de voltmeters gecalibreerd worden in de officiele volt. Daarvoor had je een referentie nodig. Maar om vast te stellen hoeveel Volt die is had je eerst een gecalibreerde voltmeter nodig ;-)
Dus werd er een manier bedacht om dat te doen.

Fred, misschien even de speciale tekens uit je startpost corrigeren of UBB-superscript gebruiken. (Sorry, ik heb niks inhoudelijks toe te voegen :))

Dit soort dingen groeit. Tegenwoordig zijn eenheden zo veel mogelijk afgeleid van basis eenheden en kennelijk is dat ook met de Volt gelukt.

Toen mijnheer Volta aan het experimenteren was zal ie wel min of meer willekeurige eenheden hebben gebruikt. 1x de zink-kool batterij, of 2x, of 10x. Dat die spanning temperatuur afhankelijk is, merk je pas als je weer veel nauwkeuriger gaat meten. En dan nog, kan je voor je eenheid weer iets nemen als... de spanning bij 25graden C.

Vroeger zaten veel eenheden zo in mekaar. (de meter: een constantaan staaf bij 25 graden die in parijs ligt.... De kg: een blok materiaal die in parijs ligt.). Tegenwoordig willen we zo veel mogelijk eenheden zodanig definieren dat je met alleen INFORMATIE de eenheid kan reproduceren.

De referentiebronnen veranderen ook naarmate de technologie zich verder ontwikkeld. Fred voor deze materie zou ik gewoon een up-to-date natuurkunde boek aanschaffen, daar staat het ook in en kun je zien hoe ze middels een dimensieanalyse alles van referenties afleiden.

Op 13 mei 2011 08:20:42 schreef rew:
(de meter: een constantaan staaf bij 25 graden die in parijs ligt.... De kg: een blok materiaal die in parijs ligt.

Die staaf en dat blok zijn ook weer afgeleiden.
De oorspronkelijke definitie van de meter is het tienmiljoenste deel van de afstand van de noordpool tot de evenaar, gemeten langs de meridiaan die over Parijs loopt, op zeeniveau.
De kilogram is oorspronkelijk het gewicht van een liter water.
Later zijn daar andere definities van gekomen, die in een laboratorium makkelijker zijn te reproduceren, maar dit was de basis.

Dat capaciteit vroeger in cm werd gemeten weet je waarschijnlijk al, fred.
Die cm wil dus gewoon zeggen dat als je twee platen van 10x10cm op 2cm afstand houdt, dat je dan een capaciteit van (10x10/2)=50cm hebt.
Tegenwoordig heb je daar de dielektrische constante bij, zodat je makkelijker met impedanties kunt rekenen. (Z=1/(i w C)) werkt wel met de Farad, maar niet met de cm, dan moet er weer een extra correctiefactor bij.

In den beginne was alles op dergelijke manieren vastgesteld en hadden al die formules nog allemaal een extra factortje erbij om het te laten kloppen. Men is toen om met elkaar af te gaan spreken om alles om te zetten naar eenheden waar die factoren niet, of zo min mogelijk nodig zijn.

wat rew zegt is precies hoe dat soort dingen gaan, je gaat dingen vergelijken met elkaar en zegt simpelweg "dit is 2x zo groot als dat". En op een gegeven moment wordt "dat" dan de standaard. (nog steeds met bijvoorbeeld luchtdruk, de bar)

Interessante info, dat voorbeeld van Klaas wist ik niet. Maar dat zijn tastbare zaken. We pakken een lengte en spreken af dat we dat een meter noemen. Dat is geen afgeleide grootheid.

Het gaat mij er niet zozeer om hoe de standaards zich ontwikkelde en hoe ze nu zijn, daar is wel het nodige over te vinden.

Het gaat mij ( natuurlijk ;-) ) om de meetappartuur die er voor gebruikt en vooral hoe die gebouwd en ontwikkeld werd.

Neem de Volt als voorbeeld. Lang was zo'n voltcel, beginnend bij de zuil van Volta, een standaard. Om dat te meten hadden ze volgens mij galvano meters en electrometers. Je pakte zo'n cel en dat was 1 V. Ijking geslaagd.

Daarna werd de volt afgeleid van de basis grootheden en kreeg je de situatie dat een voltcel niet meer als 1 V bleek te zijn. Als je echter een meter uit die tijd pakte dan wees dat ding echt 1 V aan. De meter moest dus aangepast worden. Maar hoeveel ? Het was niet zo dat er uit kwam dat 1 V een xtje deel van een voltcel was. Dat was immers geen afgeleide maar gewoon een toevalige waarde. Nee, de nieuwe volt wa 1 V en die cel kon bv 1.03 V zijn. Alleen weet je dat pas als je dat meet. Daarvoor moest je een manier vinden om de afgeleide volt te meten. Ik denk door de gerelateerde afgeleiden te meten en dan te berekenen.

Er moesten dus meetapparaten komen waarmee die afleiding gemeten kon worden. Ik begreep in dit geval dat men uitging van de spanningsval van een bekende stroom door een bekende weerstand. Maar hoe bepaal je weerstand als je niet weet hoeveel een volt precies is. De wet van ohm mist dan twee bekende, Dat deed men dus blijkbaar met een wenner brug. Later werd dat dacht ik een campbell brug en daarna dmv ringmetingen, maar toen had men al bekende weerstanden dus dat is al een stap verder.

Daarvoor moest je wel de stroom kunnen bepalen en dat deed men in een current balance.

Wat wil ik nu, ik wil proberen zelf die afgeleiden te meten zoals men dat toen deed. Dus kijken of het mogelijk is een urrent balance te maken, daarmee te bepalen wat een weerstand is en dan daarmee een spanningsval berekenen en dat nameten. Gewoon uit interesse.

Dus hoe werkte die methodes ? Hoe werd zo'n apparaat gemaakt? Ik vind hier en daar een plaatje zonder tekst of een tekst maar zonder schema/ tekening. Maar het kan zijn dat ik op de verkeerde termen zoek.

Fred,

Lees eens wat over het MKS-A stelsel en het latere SI-stelsel:

http://nl.wikipedia.org/wiki/Meter#1675 en

http://nl.wikipedia.org/wiki/Metriek_stelsel

Hier ook nog een leuk stukje Wiki over de meter: http://nl.wikipedia.org/wiki/Meter#1675

Het begint overigens meer op filosofie te lijken dan op techniek.
Dat is goed, want filosofie is toch de basis van alle wetenschappen.

Wat was er eerder: de kip of het ei ?

Wat zegt je het woord 'tafel', m.b.t. het voorwerp dat daarmee wordt bedoeld ? (ga daar maar eens over zitten broeden ;) )

Fred, als je de referentiebron wilt meten dan wordt dat lastig. Probeer maar eens het trillingsniveau van een willekeurig atoom in de grondtoestand te meten ;-)

Of het aantal atomen in een blok metaal te tellen...

Toch hoeft niet alles op zo'n manier gedaan te worden. Je kunt bijvoorbeeld met een beetje stuifmeel of melk en een matige microscoop al berekenen hoe groot wateratomen ongeveer zijn. (OK, met rontgenstraling+diffractie is VEEL nauwkeuriger)

Voor de electronlading is een beeldbuisje al genoeg.

en zo zijn er nog een aantal dingen die vrij makkelijk gaan.
Maar je zult een goed overzicht moeten hebben van wat er nu allemaal in het MKS stelsel gestopt moet worden en hoe je daar dingen van afleidt. Dat vergt denk ik toch aardig wat natuurkunde. Niettemin wel leuk om te doen natuurlijk :)

Jaja z'tje, maar ik doelde ook op fred zijn gespannen relatie met de wiskunde :-p

http://en.wikipedia.org/wiki/Ampere_balance
http://physics.kenyon.edu/EarlyApparatus/Electrical_Measurements/Curre…

Over de current of Kelvin balance is genoeg te vinden maar over die Wenner bridge niets, anders dan dat hij lang door het nist is gebruikt.

Ik wil geen atomen meten, ik wil eens doen wat ze meer dan 100 jaar geleden, aan de basis van de electronica, deden. Heel primitief Ampere, ohm en de Volt meten.

Waarom, dat heeft Tidak goed begrepen. Daar heeft het wel mee te maken. Zo heb ik ook ooit een slotted line gemaakt om staande golven te meten mbv een meetlat terwijl ik het tot een aantal cijfers achter de komma kan met mijn vna.
Het gaat dus niet om nauwkeurigheid, daar heb ik spul genoeg voor.

Je kunt zowel de Volt als de Ohm bepalen als je een nauwkeurige Ampère hebt. De Ohm is namelijk de weerstand waarin 1 W wordt gedissipeerd als 1 A doorheen loopt, en de Volt is de spanning die er dan over staat.

Alleen moet je dan dus wel nauwkeurig vermogen kunnen meten, bijvoorbeeld met een goed geïsoleerd bekertje waarin je water verwarmt.

Maar als je dat vermogen wilt meten, dan moet je ook temperatuur en massa(1 kg water) kunnen meten. En om die termometer te ijken, kun je water gebruiken, maar dat kookpunt hangt weer van de luchtdruk af...

http://teacher.pas.rochester.edu/PHY_LABS/Voltage_Potential/Voltage_Po…
http://www.google.nl/url?sa=t&source=web&cd=14&ved=0CDEQFj…
Dit gaat de goede kant op, hier hebben ze het over het zelfde idee.

[Bericht gewijzigd door fred101 op (52%)]

Op 13 mei 2011 18:58:49 schreef Robin F.:
Je kunt zowel de Volt als de Ohm bepalen als je een nauwkeurige Ampère hebt. De Ohm is namelijk de weerstand waarin 1 W wordt gedissipeerd als 1 A doorheen loopt, en de Volt is de spanning die er dan over staat.

Alleen moet je dan dus wel nauwkeurig vermogen kunnen meten, bijvoorbeeld met een goed geïsoleerd bekertje waarin je water verwarmt.

Dat deden we op het natuurkundeprakticum met een Dewar-vat (een verbeterde thermosfles), een Beckman-thermometer en een thermokoppel. Dat geval heette een caloriemeter...

Een ampere is 1 coulomb/seconde. Een coulomb is een mol electronen,
die kun je indirect tellen met een chemische reactie.
Dus was vroeger de definitie van een ampere de hoeveelheid zilver die uit een oplossing neerslaat in een seconde. Dan hoef je alleen massa en tijd te meten.

Weet je zeker dat een mol electronen 1 Coulomb is? Volgens mij zit daar een andere factor achter. Ik kan me vaag iets herinneren van toen ik kaliumchloraat ging maken met elektrolyse dat er vele ampere-uur voor nodig zijn.

edit: inderdaad, er zit een factor 10^5 tussen

Uhh,...ik dacht dat ik het wist, maar je hebt gelijk, een coulomb is 6.2415096516e18 electronen en een mol is 6.0221417930e23 deeltjes.
Stom van mij |:(.

De definitie van een ampere met Ag is van voor 1946. De stroom die in 1 seconde 0.0011180 gram zilver neerslaat uit een oplossing van AgNO3. (Dit heb ik opgezocht in het Handbook for Chemistry and physics...:o)

was er ook niet iets met de leidse fles.. ( dat ding met twee plaatjes die elkaar afstoten.

1 volt is dan zoveel millimeter als de plaatjes zoveel wegen en zo een oppervlak hebben...

Op 13 mei 2011 08:20:42 schreef rew:

Vroeger zaten veel eenheden zo in mekaar. (de meter: een constantaan staaf bij 25 graden die in parijs ligt.... D

Sla je niets door elkaar?

De vroegere NIS standaard meter die in Parijs ligt is een legering van Platina en Irridium.

Constantaan is een weerstandsmatreriaal bestaande uit een koper-nikkel-maangaanlegering die een heel geringe temperatuurscoefficient heeft. Deze legering wordt onder meer gebruikt in ijkweerstanden.

Op 14 mei 2011 17:25:25 schreef free_electron:
was er ook niet iets met de leidse fles.. ( dat ding met twee plaatjes die elkaar afstoten.

1 volt is dan zoveel millimeter als de plaatjes zoveel wegen en zo een oppervlak hebben...

Free, dat was een elektroscoop:
Een stripje bladgoud, in het midden vastgehouden. Als er lading op staat stoten die stripjes elkaar af. De uitwijking is een maat voor de lading.

http://www.pa4tim.nl/?p=1669

Daar heb ik er eentje gebouwd. En nu wil ik dus een stroombalans maken en een wenner brug maar ik ben er nog niet achter hoe.